Auscultation tridimensionnelle d`ouvrages d`art
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1. l ETHZ lors de p riodes de vacances Ce logiciel a t valid par un calcul complet sous Matlab par Cyril Muller assistant la HEIG VD l poque du d veloppement Sans d crire toutes les fonctionnalit s de ce programme nous pouvons relever qu il permet e des transformations de coordonn es pour un calcul dans le r f rentiel topo centrique e a correction des observations pour les rendre compatibles avec un mod le 3D topocentrique e le choix de plusieurs param tres com me inconnues facteur d chelle cons tante d addition d fauts de verticalit s hauteurs d instruments et de r flec teurs sessions GNSS etc fig 5 e les compensations libre libre ajust e et contrainte e le calcul d indicateurs de pr cision el lipso des d erreur moyenne et de fiabi lit vecteurs de fiabilit externe e la visualisation 3D dynamique plu sieurs tapes du traitement pour facili ter l analyse Fig 5 Options de calcul de Trinet 304 G omatique Suisse 6 2011 e l importation et l exportation selon plu sieurs formats Ce logiciel fonctionne sous Windows et les masques peuvent tre affich s en fran ais ou en allemand Il en est de m me pour les listages Les exp riences acquises avec ce logiciel nous permettent d valuer les apports principaux d un ajustement 3D compara tivement un mod le 2D 1 el autocontr le de certaines obse2. du personnel sur le ta blier des ponts nous avons quip r cemment certains ouvrages de petits r Fig 6 R flecteurs permanents sur un pont autoroutier flecteurs 360 de mani re permanente fig 6 A l heure actuelle plusieurs poques de mesures ont t r alis es sur plusieurs ou vrages De cette exp rience nous en d duisons des pr cisions de 3 5 mm pour les positionnements absolus des points de liaison par rapport aux stations perma nentes AGNES et de 1 3 mm pour les positionnements relatifs des points de sur veillance points sur l ouvrage 4 2 Auscultation du volcan Arenal Costa Rica Pour solliciter et valider l ensemble de ce processus d auscultation g od sique un r seau de surveillance d un versant du vol can Arenal au Costa Rica Am rique cen trale Fig 7 a t mis en place en parte nariat avec l Observatoire de volcanologie et de sismologie du Costa Rica OVSICO RI rattach l Universit Nationale Geod sie Vermessung Cyril Muller alors assistant la HEIG VD a consacr 6 mois ce projet dont cinq mois au chevet du volcan Arenal a ain si en collaboration avec les ing nieurs de l OVSICORI labor un canevas d auscul tation en accord avec nos concepts de sur veillance et nos exp riences mesur et ex ploit plusieurs poques d observations confront ses r sultats avec d autres types d observations du volcan En finalit les r sul
3. les points de rattache ment et entre 0 2 et 1 km pour les points de liaison Ce r seau fig 1 est observ 3 nuits cons cutives durant 12 h L ex ploitation et l ajustement des 3 sessions ainsi form es nous renseignent alors sur d ventuels mouvements des points de liaison et au besoin nous permettent de red terminer leur position tridimension nelle 2 2 D tection des mouvements relatifs par mesures terrestres Afin d viter de travailler sur l ouvrage lui m me tablier d un pont par exemple le r seau d auscultation est con u pour tre observ depuis des stations ext rieures l ouvrage Seuls des r flecteurs ou des r cepteurs GNSS quipent l ouvrage Les mesures terrestres tach om trie et nivel lement sont alors rattach es aux points de liaisons pr alablement d termin s par GNSS Le canevas topom trique fig 2 est con u pour une exploitation et un ajus tementtridimensionnels C est dire que les 3 composantes de d termination X Y Z prennent la m me importance dans la conception du r seau Cette d marche n cessite pour garantir les pr cisions tri Geod sie Vermessung 7 gt o Ouvrage Fig 1 Canevas du r seau GNSS avec les lignes de base dimensionnelles exig es une attention particuli re dans la mesure des angles z nithaux des hauteurs d instruments et de prismes En plus des mesures GNSS et ta ch om triques de tels canevas peuvent tre avantageusemen
4. G od sie Mensuration Auscultation tridimensionnelle d ouvrages d art Depuis quelques ann es le laboratoire de topom trie de la Haute cole d ing nierie et de gestion du canton de Vaud HEIG VD d veloppe et teste un concept d auscul tation tridimensionnelle d ouvrages d art La d tection de mouvements absolus et re latifs implique la combinaison de mesures GNSS et terrestres Pour conserver l infor mation tridimensionnelle des observations l ajustement est r alis avec le logiciel Tri net labor par ce m me laboratoire Des applications sur des ponts autoroutiers et sur le volcan Arenal au Costa Rica ont d montr la validit du proc d Seit einigen Jahren entwickelt und testet das Labor f r geod tische Messtechnik der Hochschule f r Technik und Wirtschaft Waadt HEIG VD ein Konzept zur 3D Bau werks berwachung Der Nachweis von absoluten und relativen Bewegungen erfor dert die Kombination von GNSS Messungen und terrestrischen Aufnahmen Damit die dreidimensionale Information der Beobachtungen erhalten bleibt wird die Aus gleichung mit dem Program Trinett ausgef hrt welches vom gleichen Labor ent wickelt wurde Die G ltigkeit des Verfahrens wurde bei Anwendungen mit Auto bahnbr cken und auf dem Vulkan Arenal in Costa Rica nachgewiesen Da alcuni anni il laboratorio di topografia dell Haute cole d ing nierie et de gestion du canton de Vaud HEIG VD sviluppa un metodo di monitoraggio tridimensionale di
5. et de mesures terrestres Cette tech nique consiste exploiter les observa tions GNSS pour obtenir des jeux de co ordonn es par sessions puis les as sembler avec les mesures terrestres dans un ajustement 3D par l addition des matrices des qua tions normales Pour cette solution les mesures GNSS et terrestres sont exploi t es s par ment avec un mod le de compensation par moindres carr s jus qu l obtention des quations nor Geomatik Schweiz 6 2011 males de chaque syst me Celles ci sont ensuite additionn es pour la compen sation finale Cette solution a le grand avantage de conserver l information stochastique de chaque type d obser vations lors de la combinaison des sys t mes Pour le logiciel Trinet c est l ajustement de coordonn es GNSS et de mesures ter restres qui a t retenu ce concept est ainsi similaire celui utilis dans le logi ciel LTOP 2D 1 3 2 Choix du r f rentiel g od sique Les relations d observations entre les me sures et les param tres inconnus sont for mul es en fonction du r f rentiel g od sique choisi pour l ajustement Ainsi nous pouvons exprimer ces relations e sur un ellipso de de r f rence e dans un syst me tridimensionnel cart sien topocentrique plac la surface de la terre e dans un syst me tridimensionnel cart sien g ocentrique plac au centre des masses de la terre Trinet utilise un syst me tridimensionne
6. ion des ponts sur la Menthue surveillance topo m trique des mouvements relatifs travail de dipl me HEIG VD 2004 5 F Schmidt Ajustement tridimensionnel de mesures GPS et terrestres dans les r seaux d auscultation travail de dipl me HEIG VD 2006 6 S Guillaume C Muller amp P H Cattin Tri net Mode d emploi HEIG VD 2008 Paul Henri Cattin professeur Julien Brahier collaborateur scientifique Didier Jotterand collaborateur scientifique Haute cole d ing nierie et de gestion du canton de Vaud HEIG VD D partement Environnement construit et g oinformation Route de Cheseaux 1 CH 1401 Yverdon les Bains paul henri cattin heig vd ch 305
7. l cart sien topocentrique comme cadre de r f rence fig 3 3 3 Choix du mod le fonctionnel Dans un syst me cart sien topocentrique les relations d observations entre mesures et param tres peuvent s crire de diff rentes mani res Pour des r seaux de d formations nous pouvons retenir les mo d les suivants Fig 3 R f rentiel cart sien topocen trique 303 Distances droites point G od sie Mensuration v Fig 4 Mod les fonctionnels faisceaux de droites et observations topom triques e e mod le fonctionnel reposant sur la m thode des faisceaux de droites utili s avantageusement en photogramm trie et en topom trie industrielle fig 4 e e mod le fonctionnel exprimant les re lations avec les observations topom triques effectivement r alis es sur le ter rain direction angle z nithal distance oblique l S d nivel e sessions GNSS fig 4 C est ce dernier mod pour Trinet e qui est retenu 3 4 Logiciel Trinet En se basant sur un ajustement de coor donn es GNSS et de mesures terrestres dans un r f rentiel topocentrique et se lon un mod le fonctionnel li aux obser vations topom triques le logiciel Trinet a t d velopp au laboratoire de topo m trie dans le cadre d un travail de di pl me 2 Ce d veloppement a t pour suivi par des prestations r alis es par S bastien Guillaume alors tudiant master
8. ponti e strutture in genere La rilevazione dei movimenti assoluti e relativi di una strut tura implica l utilizzo simultaneo di misure GNSS e terrestri Al fine di non perdere in formazioni durante la restituzione dei dati tridimensionali Trinet un software dedi cato stato sviluppato presso i laboratori della HEIG VD La validit del metodo e del software stata dimostrata dall applicazione ai ponti autostradali e sul vulcano Arenal in Costa Rica mettant un rattachement l ext rieur de la zone d auscultation De plus pour conserver l information tridimensionnelle des observations GNSS et terrestres il est judicieux de les ajuster l aide d un mo d le de compensation 3D Depuis quelques ann es le laboratoire de topom trie de la Haute cole d ing nie rie et de gestion du canton de Vaud HEIG VD a d velopp le logiciel d ajustement 3D Trinet et a test une m thodologie permettant de d tecter les mouvements absolus et relatifs d un ouvrage P H Cattin J Brahier D Jotterand 1 Contexte La topom trie occupe une place toujours plus importante dans la surveillance et l auscultation des ouvrages d art bar rages ponts tunnels etc Cette activit requiert g n ralement un niveau de pr cision lev c est pourquoi les techniques de nivellement g om trique sont avanta geusement utilis es dans la d tection des mouvements verticaux Toutefois le ma tre d uvre demande fr quemment aujou
9. rd hui d tre renseign sur le com portement tridimensionnel de l ouvrage et ceci aussi bien pour d tecter des mou vements absolus que relatifs La r ponse ces exigences est alors obtenue par la combinaison de mesures GNSS et ter restres tach om trie nivellement per 2 Conception du r seau d auscultation 2 1 D tection des mouvements absolus par GNSS La conception du r seau d auscultation repose sur une structure 3 niveaux 302 G omatique Suisse 6 2011 e les points de rattachement suppos s stables et mesur s par GNSS e les points qui assurent la liaison entre les points de rattachement et les me sures terrestres de l ouvrage et qui sont observ s aussi bien par GNSS que par mesures terrestres e les mesures terrestres de l ouvrage ta ch om trie et nivellement La d tection des mouvements absolus de l ouvrage impose un rattachement sur des points contr l s et suffisamment loign s de la zone susceptible de mouvements En Suisse le r seau de stations GNSS per manentes AGNES de swisstopo offre une excellente couverture du territoire et toutes les garanties d un contr le perma nent de stabilit Ainsi quelques stations AGNES qui entourent l ouvrage servent de points de rattachement Elles forment avec les points de liaison proches de l ou vrage 4 6 points le r seau GNSS pour la d tection des mouvements absolus Les lignes de base de ce r seau varient entre 20 et 60 km pour
10. rva tions angle z nithal distance l S est fortement am lior ce qui renforce sen siblement les indicateurs de fiabilit et la d tection des fautes e une interaction plus efficace des types d observations dans le r seau ce qui conduit un all gement substantiel du canevas 3D par rapport au 2D 1 et ce ci pour des niveaux de pr cision et de fiabilit identiques Par contre il faut relever que pour r ali ser un bon ajustement tridimensionnel il est imp ratif de disposer d observations de pr cision homog ne et ceci pour tous les types d observations y compris les hauteurs et S De plus une bonne ex p rience dans l analyse de l ajustement de r seaux de d formations est utile pour ap pr hender le comportement tridimen sionnel du r seau Le logiciel Trinet est actuellement com mercialis et utilis par plusieurs bureaux pour l auscultation g od sique 4 Applications 4 1 Auscultation de ponts autoroutiers Depuis quelques ann es le laboratoire de topom trie r alise l auscultation de ponts autoroutiers pour le compte de l Office f d ral des routes OFROU Les prestations sont effectu es selon le sc nario d crit ci dessus et les ajustements sont calcul s avec le logiciel Trinet Ces travaux per mettent de tester et de valider le concept d auscultation tridimensionnelle avant que des mandats ne soient attribu s au secteur priv Ainsi pour r duire au maxi mum l intervention
11. t am lior s par quelques cheminements de nivellement g om trique Ceux ci ne renseignant que sur la composante verticale ils doivent tre judicieusement choisis pour apporter une information substantielle dans l ajus tement 3D 3 Ajustement tridimensionnel par moindres carr s Pour exploiter les mesures GNSS et ter restres de mani re optimale il est oppor tun d utiliser un mod le d ajustement qui soit en ad quation avec la nature tridi mensionnelle des observations Ainsi un mod le d ajustement 3D bas sur un trali Fig 2 Canevas des mesures terrestres avec les points de liaison tement par les moindres carr s s impose I permet d obtenir ais ment des indica teurs de pr cision et de fiabilit aussi bien des observations que des positions Pour satisfaire cet objectif le laboratoire de to pom trie a d velopp le logiciel d ajuste ment tridimensionnel Trinet dont le noyau initial est issu d un travail de di pl me en g omatique r alis la FHNW de Muttenz 1 3 1 Choix du concept d ajustement l ajustement de mesures GNSS et ter restres peut se faire selon plusieurs com binaisons e par l ajustement de jeux de coordon n es Cette m thode consiste traiter s par ment les mesures GNSS et les me sures terrestres pour obtenir 2 jeux de coordonn es puis ajuster ces 2 jeux de coordonn es par une transformation de Helmert 3 D par exemple par l ajustement de coordonn es GNSS
12. tats obtenus avec Trinet confirment et valident l efficacit du proc d test sur les ponts Dans le cadre de ce projet Cyril Muller a form les ing nieurs de l OVSI CORI l utilisation du logiciel Trinet Remerciements Ce projet et ces d veloppements n au raient pas pu avoir lieu sans le soutien fi nancier de la Haute cole sp cialis e de Suisse occidentale HES SO qu elle en soit ici vivement remerci e Mes remer ciements vont aussi aux ing nieurs de la Filiale d Estavayer le Lac de l Office f d ral des routes pour leur int r t leur ap pui et leur curiosit dans la mise en place et les tests d un nouveau concept d aus cultation Et pour conclure mes remer ciements s adressent tout particuli re ment S bastien Guillaume un passion n sans qui ce projet n aurait tout simplement pas eu lieu et son comp re Cyril Muller qui a beaucoup investi pour Trinet et les r seaux d auscultation R f rences 1 S Kracher amp M Wittens ldner 3D Net ze Pr analyse travail de dipl me FHNW 1999 2 S Guillaume impl mentation de la com pensation d observations dans le logiciel Trinet travail de dipl me HEIG VD 2002 Geomatik Schweiz 6 2011 Fig 7 Volcan Arenal 3 J Schaffner R seau d auscultation des ponts sur la Menthue surveillance topo m trique des mouvements absolus tra vail de dipl me HEIG VD 2004 4 D Marty R seau d auscultat
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